DE2932293A1 - Wind powered plant with counter-rotating propellers - ensures constant rotational speed relationship, resulting in generator being driven at optimum value - Google Patents

Wind powered plant with counter-rotating propellers - ensures constant rotational speed relationship, resulting in generator being driven at optimum value

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Abstract

The wind powered plant consists of a pair of propellers of different diameter and set on individual shafts. Both shafts are connected with one another in a manner whereby a bevel gear on the solid rotor shaft, and another bevel gear on the hollow rotor shaft both drive an intermediate bevel gear. This intermediate gear is situated at the top of a shaft, whose axis is vertical to the common axes of both rotor shafts, and is inside a support column and is mounted in a bearing are either end. The whole housing for the gears and rotor shafts is rotatable in a horizontal plane. The lower end of the drive shaft has a further pair of bevel gears which can drive a pump, generator or similar. The relative speed between stator and rotor is constant when this type of drive is used.

Description

Windkraftanlage Wind turbine

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit zwei gegenläufig sich drehenden hintereinander ar einem @chwenkbaren Gehäuse angeordneten Propellern, von denen der ieJere am freien rnde einer zentralen den Rotor eines Generators tragenden Welle angeordnet ist, während der dem Gehäuse zugewandte Propeller am Ende einer die Rotorwelle umgebenden und den Stator des Generators tragenden Ilohiwelle sitzt.The invention relates to a wind turbine with two opposing directions rotating propellers arranged one behind the other in a swiveling housing, of which the ieJere at the free edge of a central one carrying the rotor of a generator Shaft is arranged, while the propeller facing the housing at the end of a The Ilohiwelle that surrounds the rotor shaft and carries the stator of the generator is seated.

Durch die gegenläufige Bewegung der beiden Propeller tritt eine relativ hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Stator und Rotor auf, wodurch ein verbesserter Wirkungsgrad gegenüber einer Anordnung iit nur einem Propeller erreicht wird.Due to the opposing movement of the two propellers, a relative occurs high relative speed between stator and rotor, resulting in an improved Efficiency compared to an arrangement with only one propeller is achieved.

Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist es jedoch, daß in Abhängigkeit von den Anströmverhältnissen sich unter Umständen einer der beiden Propeller erheblich schneller drehen kann als der zweite Propeller, da die Stromung zum zweiten Propeller insbesondere bei relativ hohen I)rehzahl en des ersten Propeller durch diesen abgedeckt sein kann. Dies kann zur Folge haben, daß der erste Propeller praktisch durchdreht also mit viel zu hohen Geschwindigkeiten uml@uft, während der zweite Propeller stehenbleibt. Diese Verhältnisse können sowohl in Bezug auf den äußeren als auch auf den mit der Hohlwelle verbundenen Propeller auftreten.A disadvantage of this known arrangement, however, is that in Addiction one of the two propellers may vary considerably depending on the flow conditions can turn faster than the second propeller, because the flow to the second propeller especially at relatively high speeds of the first propeller covered by this can be. This can result in the first propeller practically spinning So it rotates at far too high speeds while the second propeller stops. These relationships can apply both to the external and to the Hollow shaft connected propellers occur.

Eine gleichmäßige gegenläufige Drehung der beiden Propeller ist überdies nur dann gegeben, wenn die beiden Propeller über die gesamten möglicherweise auftretenden Drehzahlbereiche dynamisch äußerst genau ausgewuchtet sind. Gelingt dies nicht, so sind die Drehzahlen der beiden Propeller stark ungleichmäßig. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß eine derartige genaue dynamische Auswuchtung praktisch nicht erzielbar ist.A uniform counter-rotating rotation of the two propellers is also only given if the two propellers over the entire possibly occurring Speed ranges are dynamically balanced extremely precisely. If this does not succeed, so the speeds of the two propellers are very uneven. The practice has however, it has been shown that such precise dynamic balancing is not practical is achievable.

Nachteilig ist es demzufolge, daß bei ungleichmäßiger Drehung oder einem Stehenbleiben eines der Propeller die durch den Generator vorgegebenen und einer bestimmten itelativFeschwindigkeit zugeordneten Werte nicht voll ausgenutzt werden können, so daß der Wirkungsgrad der Gesamtanlage sich verschlechtert.It is therefore disadvantageous that with uneven rotation or a stopping of one of the propellers given by the generator and values assigned to a certain itelative speed are not fully utilized can be, so that the efficiency of the overall system deteriorates.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Stator und Rotor konstantgehalten wird, d. h. daß der Generator mit den seinen Werten entsprechenden optimalen Drehzahlen betrieben wird.The invention is accordingly based on the object of an arrangement of the type mentioned in such a way that the relative speed between Stator and rotor are kept constant, d. H. that the generator with its values corresponding optimal speeds is operated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Rotorwelle und der Hohlwelle eine getriebliche Verbindung vorgesehen ist, die die beiden Wellen in gegenläufigea Umlauf und in einem konstanten Drehzahlverhältnis hält.This object is achieved in that between the Rotor shaft and the hollow shaft a geared connection is provided which the two shafts in opposite directions and in a constant speed ratio holds.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß die Relativgeschwindig keit zwischen Stator und Rotor auf jeden Fall und unter allen Betriebsbedingungen stets dieselbe ist, so daß Abweichungen hinsichtlich der Relativgeschwindigkeit des Rotors gegenüber dem Stator nicht auftreten können. Damit wird es möglich, den Generator entsprechend den bei den vorliegenden Strönungsverhältnissen erzielbaren Drehzahlen optimal auszulegen.With this arrangement it is achieved that the relative speed between stator and rotor in any case and always under all operating conditions is the same, so that there are deviations in the relative speed of the rotor cannot occur with respect to the stator. This makes it possible to use the generator corresponding to the speeds achievable with the existing flow conditions to be optimally designed.

Besonders vorteilhaft, weil konstruktiv besonders einfach, ist es, wenn die getriebliche Verbindung aus zwei Kegelsahnrädern besteht, von denen eines mit der Rotorwelle und das andere mit der Hohlwelle verbunden ist, wobei zwischen die beiden Kegelzahnräder wenigstens ein weiteres auf einer Welle angeordnetes Zwischenkegelzahnrad eingeschaltet ist, dessen Wellenende senkrecht zu der gemeinsamen Achse der Rotorwelle und der liohlwelle liegt.It is particularly advantageous, because it is particularly simple in construction, to if the transmission connection consists of two bevel gears, one of which with the rotor shaft and the other is connected to the hollow shaft, with between the two bevel gears at least one more on a wave arranged intermediate bevel gear is switched on, the shaft end of which is perpendicular to the common axis of the rotor shaft and the liohlwelle.

Vorteilhaft kann es sein, wenn die getriebliche Verbindung als Schaltgetriebe oder als stufenlos einstellbares Getriebe ausgebildet ist, damit das Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Wellen eingestellt werden kann. Damit liefert die erfindungsgemäße Anordnung die Möglichkeit, bei Einsätzen an verschiedenen Stellen mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten jeweils dieselbe Stator-ILotor-Iinhei t zu verwenden und den dort vorliegenden Verhältnissen anzupassen. Gemäl3 dem mit dem Generator erzielbaren Wirkungsgrad kann dann durch einfache Messungen eine optimale Einstellung gefunden werden.It can be advantageous if the geared connection is used as a gearbox or is designed as a continuously variable transmission, so that the speed ratio can be adjusted between the two shafts. Thus, the invention provides Arrangement the possibility of using different places with different Wind speeds to use the same stator / motor Iinhei t and the to adapt the existing conditions there. According to what can be achieved with the generator An optimal setting can then be found through simple measurements will.

Eine solche Anpassung ist auch durch Auswechselung und entsprechende Dimensionierung der Kegelzahnräder möglich.Such adaptation is also through substitution and appropriate Dimensioning of the bevel gears possible.

Die oben beschriebene Ausführungsform kann außerdem in einfacher Weise zum Direktantrieb von Pumpen od. dgl. verwendet werden, wenn die Welle des Zwischenkegelzahnrades als Antriebswelle für Zusatzaggregate ausgenutzt wird.The embodiment described above can also be carried out in a simple manner For direct drive of pumps or the like. Used when the shaft of the intermediate bevel gear is used as a drive shaft for additional units.

Zweckmäßigerweise wird dabei die Welle des Zwischenkegelzahnrades in einem das Gehäuse der Windkraftanlage tragenden Tragmast senkrecht nach unten geführt, eo daß die Zusatzaggegrate 51 Fuß des Tragmast angeordnet werden können.The shaft of the intermediate bevel gear is expediently in this case in a support mast supporting the wind turbine housing is guided vertically downwards, eo that the Zusatzaggegrate 51 feet of the mast can be arranged.

Die Erfindung wird im iolgenden anhand eines Ausführungsbei spieles in der Zeichnung näher erläutert.The invention will be game in the following on the basis of an Ausführungsbei explained in more detail in the drawing.

In der Figur ist in Seitenansicht im Schritt eine Ausiührungsform der erfindungsgemäßen Windlraftanlage dargestellt. In the figure, a side view in step is an embodiment the wind turbine according to the invention shown.

Diese weist zwei sich gegenla@fig drch@nde Propeller 1 und 2 auf, die an einem in einer horizontaler Ylen- schbaren Gehäuse 3 hintereinander angeordnet sind. Der äUßere Propeller 1 ist an dem ireien Ende einer zentralen Rotorwelle 4 angeordnet, während der dem Gehäuse 3 zugewandte Propeller 2 am Ende einer Hohlwelle 5 befestigt ist. Die zentrale Rotorwelle 4 trägt den Rotor 6 eines Generators 7, während die Hohlwelle 5 in einem beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel erweiterten Abschnitt 5a auf dessen Innenseite den hier beweglichen Stator 8 des Generators 7 trägt. Die beiden Propeller 1 und 2 sind in an sich bekannter Weise so ausgelegt, daß sie sich gegenläufig drehen.This has two opposing propellers 1 and 2, which are arranged one behind the other on a housing 3 that can be swiveled horizontally are. The outer propeller 1 is at the entire end of a central rotor shaft 4 arranged, while the propeller 2 facing the housing 3 at the end of a hollow shaft 5 is attached. The central rotor shaft 4 carries the rotor 6 of a generator 7, while the hollow shaft 5 expanded in an exemplary embodiment shown Section 5a on the inside of the stator 8 of the generator, which is movable here 7 wears. The two propellers 1 and 2 are designed in a manner known per se so that that they rotate in opposite directions.

Die Hchlwelle 5 kann - wie dargestellt - durch Lager 9 und 10 gegenüber dem Gehäuse 3 gelagert sein, während die itotorwelle 4 durch ein Lager 11 gegenüber dem Gehäuse 3 und durch ein Lager 12 gegenüber der Hohlwelle 5 drehbar gelagert sein kann. Beliebige andere Lagerausführungen sind selbstverständlich möglich.The shaft 5 can - as shown - by bearings 9 and 10 opposite to the housing 3, while the itotorwelle 4 by a bearing 11 opposite the housing 3 and rotatably supported with respect to the hollow shaft 5 by a bearing 12 can be. Any other stock design is of course possible.

Die llotorwelle 4 und die hohlwelle 5 sind getrieblich miteinander verbunden1 wobei die Getriebeverbindung aus einem auf der Rotorwelle 4 angeordneten Kegelzahnrad 13, einem Zwischenkegelzahnrad 14 und einem mit dem @nde der Hohlwelle n verbundenen Kegelzahnrad 15 besteht. Auf diese @eise bewirkt der Antrieb des einen Propellers über diese Getriebeverbin@ung gleichzeitig den gegenläufigen Antrieb des anderen Propellers, so dann ein Sehenbleiben verhindert ist. Ferner ist durch die getriebliche Verbindung das Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Propellern 1 und 2 festgelegt.The llotorwelle 4 and the hollow shaft 5 are geared to one another connected1 wherein the gear connection consists of one arranged on the rotor shaft 4 Bevel gear 13, an intermediate bevel gear 14 and one with the end of the hollow shaft n connected bevel gear 15 is made. In this way, the drive of the one works Propeller via this gear connection at the same time the counter-rotating drive of the other propeller, so that it is impossible to see. Furthermore is through the geared connection is the speed ratio between the two propellers 1 and 2.

Die aus den Kegelzahnrädern 13 bis 15 bestehende getriebliche Verbindung kann auch durch ein Schaltgetriebe oder durch ein stufenlos einstellbares Getriebe ersetzt werden, da damit entsprechend der Propellergröße bzw. den jeweils herrschenden Strömungsverhältnissen die erfindungsgemäße Anordnung den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten angepaßt werden kann. Die Kegelzahnräder 13 und 15 können außerdem eine untersciliedliche Größe haben, so daß auch auf diese Weise gegebenenfall@ notwendigen unterschiedlichen Drehzahlen zwischen beiden Propellern Rechnung getragen werden kann. Eine solche Anpassung ist durch Auswechslung und entsprechende Dimensinierung der Kegelzahnräder 13 und 15 ohne weiteres möglich.The transmission connection consisting of the bevel gears 13 to 15 can also be achieved by means of a manual gearbox or a continuously variable gearbox be replaced, since it corresponds to the propeller size or the prevailing Flow conditions the arrangement according to the invention the respective local conditions can be customized. The bevel gears 13 and 15 can also be different Size, so that in this way too, if necessary, @ necessary different Speeds must be taken into account between both propellers can. Such an adaptation is through substitution and appropriate dimensioning the bevel gears 13 and 15 are easily possible.

Das Zwischenkegelzahnrad 14 Ist auf einer Welle l() angeordnet, deren Achse senkrecht zu der gemeinsamen Achse der Rotorwelle 4 und der Hohlwelle 5 liegt. Die Welle 16 ist in einem Tragmast 17 für das Gehäuse 3 drehbar gelagert, wobei die schematisch angedeuteten Lager mit 18 und 19 bezeichnet sind. Das Gehäuse 3 iet auf dem unteren Abschnitt des Tragmastes 17 etwa bei 20 in einer horizontalen Ebene schwenkbar gelagert.The intermediate bevel gear 14 is arranged on a shaft l () whose Axis is perpendicular to the common axis of the rotor shaft 4 and the hollow shaft 5. The shaft 16 is rotatably mounted in a support mast 17 for the housing 3, wherein the bearings indicated schematically are denoted by 18 and 19. The housing 3 iet on the lower section of the mast 17 at about 20 in a horizontal Pivotable level.

Die Welle 16 des Zwischenkegelzahnrades 14 ist in dem Tragmast 17 nach unten geführt, wobei über eine beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei weiteren Wegelzahnrädern 21 und 22 bestehende getriebliche Verbindung mittels der Welle 16 Zusatzaggregate 23 angetrieben werden. Bei den Zusatzaggregaten 27 kann es sich Pumpen oder andere mechanisch anzutreibende Teile oder aber auch u einen weiteren Generator handeln. Die Zusatzaggregate 23 können in Fuß 24 des Tragmastes 17 angeordnet sein.The shaft 16 of the intermediate bevel gear 14 is in the support mast 17 guided downwards, with one in the illustrated embodiment of two further Wegel gears 21 and 22 existing transmission connection by means of the Shaft 16 additional units 23 are driven. With the additional units 27 can there are pumps or other mechanically driven parts or also u one act another generator. The additional units 23 can be in foot 24 of the mast 17 be arranged.

Die erfindungsgemal3e Anordnung ist mithin geeignet, entweder ausschließlich zur Stromerzeugung oder aber ausschließlich zur Erbringung mechanischer Arbeit herangezogen zu werden. Schließlich ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, gleichzeitig sowohl mechanische Arbeit als auch Strom zu erzeugen.The arrangement according to the invention is therefore suitable, either exclusively used to generate electricity or exclusively to perform mechanical work to become. After all it is with the arrangement according to the invention possible to generate both mechanical work and electricity at the same time.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann sowohl Verwendung finden bei einer Ausbildung des Gehäuses 3, bei welcher sich die Propeller 1 und 2 durch entsprechende Schwenkung des Gehäuses 3 gegenüber dem Tragmast 17 leeseitig einstellen als auch bei einer Anordnung, die - wie in der Figur angedeutet - mit einer größeren Windfahne 25 versehen ist, bei welcher sich also die Propeller 1 und 2 luvseitig einstellen, während die Windfahne 25 nach ee gedrückt wird. In beiden Fällen wird die erfindungsgemäße getriebliche Verbindung für die Erzielung eines konstanten Drehzahlverhältnisses und eines gleichmäßigen Umlaufes der beiden Propeller 1 und 2 voll wirksam.The arrangement according to the invention can be used both in a Formation of the housing 3, in which the propellers 1 and 2 by corresponding Adjust the pivoting of the housing 3 relative to the support mast 17 on the leeward side as well in an arrangement that - as indicated in the figure - with a larger wind vane 25 is provided, in which the propellers 1 and 2 adjust themselves on the windward side, while the wind vane 25 is pushed towards ee. In both cases, the invention gear connection for achieving a constant speed ratio and an even rotation of the two propellers 1 and 2 fully effective.

L e e r s e F t eL e r s e F t e

Claims (6)

Ansprüche 1. Windkraftanlage mi Zwt gegenläufig sich drehenden hintereinander an einem schwenkbaren Gehäuse angeordneten Propellern, von denen der äußere am freien Ende einer zentralen den Rotor eines Generators tragenden Welle angeordnet ist, während der dem Gehäuse zugewandte Propeller am Ende einer die Rotorwelle umgebenden und den Stator des Generators tragenden Hohlwelle sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rotorwelle (4) und der Hohlwelle (5) eine getriebliche Verbindung (13,14,15) vorgesehen ist, die die beiden Wellen (4,5) in gegenläufigem Umlauf und in einem konstanten Drehzahlverhältnis hält. Claims 1. Wind power plant with one behind the other rotating in opposite directions on a pivoting housing arranged propellers, of which the outer at the free The end of a central shaft carrying the rotor of a generator is arranged, while the propeller facing the housing at the end of a surrounding the rotor shaft and the hollow shaft carrying the stator of the generator is seated, characterized in that that between the rotor shaft (4) and the hollow shaft (5) a gear connection (13,14,15) is provided that the two shafts (4,5) in opposite directions and keeps in a constant speed ratio. 2. Windkraitanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getriebliche Verbindung aus zwei Kegelzahnrädern (13,15) besteht, von denen eines (13) mit der Rotorwelle (4) und das andere (15) mit der llohlwelle (5) verbunden ist, wobei zwischen die beiden Kegelzahnräder (13,15) wenigstens ein weiteres auf einer Welle (16) angeordnetes Zwischenkegelzahnrad (14) eingeschaltet ist, dessen Wellenachse senkrecht zu der gemeinsamen Achse der Rotorwelle (4) und der Hohlwelle (5) liegt.2. Windkraitanlage according to claim 1, characterized in that the transmission connection consists of two bevel gears (13, 15), one of which (13) with the rotor shaft (4) and the other (15) with the llohlwelle (5) connected is, with at least one other between the two bevel gears (13, 15) a shaft (16) arranged intermediate bevel gear (14) is switched on, the Shaft axis perpendicular to the common axis of the rotor shaft (4) and the hollow shaft (5) lies. 3. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getriebliche Verbindung als Schaltgetriebe oder als stufenlos einstellbares Getriebe ausgebildet ist.3. Wind power plant according to claim 1, characterized in that the geared connection as a manual gearbox or as a continuously adjustable gearbox is trained. 4. Windkraitanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelzahnräder (13,14,15) auswechselbar angeordnet sind und unterschiedliche Abmessungen aufweisen.4. Windkraitanlage according to claim 2, characterized in that the Bevel gears (13,14,15) are arranged interchangeably and have different dimensions exhibit. 5. Windkraitanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) des Zwischenkegelzahnrades (14) als Antriebswelle iür Zusatzaggregate (23) dient.5. Windkraitanlage according to claim 2, characterized in that the Shaft (16) of the intermediate bevel gear (14) as a drive shaft for additional units (23) is used. 6. Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) des Zwischenkegelzabnrades (14) in einem das Gehäuse (3) der Windkraftaniage tragenden Tragmast (17) senkrecht nach unten geführt ist und daß die Zusatzaggregate (23) am oder im Fuß (24) des Tragmastes (17) angeordnet sind.6. Wind power plant according to claim 5, characterized in that the Shaft (16) of the Zwischenkegelzabnrades (14) in a housing (3) of the wind power plant supporting mast (17) vertically is down and that the additional units (23) are arranged on or in the foot (24) of the support mast (17).
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